Керамический материал преимущественно для высокочастотных конденсаторов и способ его получения

 

Использование: данное изобретение может быть использовано в керамическом конденсаторостроении. Сущность изобретения: материал содержит CaTiO₃, BaO, Nd₂O₃, Bi₂O₃, ZnO, MnO и B₂O₃, TiO₂, а способ его получения включает получение спеков приготовления шихты, причем спеки BaNd₂(1-x)Bi_2xTi₄O₁₂ и CaTiO₃ приготавливают раздельно и предварительно смешивают с гидроборатом цинка, с последующим прокаливанием при 750 - 800^oC, после этого их смешивают в заданном соотношении для получения требуемого ТКЕ, которое определено количеством добавки спека CaTiO₃ из зависимости ТКЕ-(15X)10^-6 1/^oC, где x - мас. доля спека CaTiO₃. Это позволяет снизить себестоимость конденсаторов в 1,5 раза и повысить удельную емкость на 15 - 25%. Изобретение позволяет повысить технологичность и возможность регулировки ТКЕ. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области производства радиодеталей, в частности к составам и способам получения керамических материалов, и может быть использовано при изготовлении высокочастотных термостабильных конденсаторов.

Известен керамический материал для высокочастотных конденсаторов, исключающих TiO₂, BaO, Nd₂O₃ и другие оксиды, и способ его получения, при котором получают измельченный керамический спек материала, включающий TiO₂, BaO, Nd₂O₃ и другие оксиды (см. патент США N3811937).

Данный материал имеет сравнительно высокую диэлектрическую проницаемость в пределах 85 87, но в то же время отличается достаточно высокой (1360^oC) температурой спекания.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является керамический материал, включающий TiO₂, BaO, Nd₂O₃, Al₂O₃, Bi₂O₃, ZnO и B₂O₃, и способ его получения, при котором получают измельченный керамический спек, включающий TiO₂, Nd₂O₃ и BaO, смешивают его с компонентом на основе бората цинка, получая шихту (см. а.с. СССР N 1021676).

Этот материал при достаточно высокой диэлектрической проницаемости имеет температуру спекания (1020 1080^oC), что позволяет получать конденсаторы с более дешевыми электродами на основе сплава серебра с палладием.

Существенным недостатком материала и способа его получения является то, что они не обеспечивают дальнейшего повышения диэлектрической проницаемости, не позволяют осуществлять корректировку температурного коэффициента диэлектрической проницаемости в процессе спекания материала, например на стадии получения заготовок конденсаторов, а также возможность применения только при изготовлении конденсаторов одной группы по ТКЕ (МПО).

Предлагаемый материал и способ его получения позволяют устранить недостатки известных решений аналогичного назначения и обеспечивают достижение более высокого технического результата, заключающегося в более существенном повышении диэлектрической проницаемости, создании возможности корректировки температурного коэффициента емкости (ТКЕ) материала при приготовлении формовочного полуфабриката или шликера, а также возможности получения составов с заданным значением ТКЕ для более широкого ряда групп, в том числе М47, М75, М1500.

Сущность изобретения заключается в том, что в заявляемом керамическом материале преимущественно для высокочастотных конденсаторов, включающем TiO₂, BaO, Bi₂O₃, Nd₂O₃, ZnO и B₂O₃, вышеуказанный технический результат обеспечивается тем, что материал дополнительно содержит MnO и CaTiO₃ при следующем соотношении компонентов, мас.

TiO₂ 32,8 36 BaO 15,9 17,4 Bi₂O₃ 14,1 15,5 Nd₂O₃ 23,1 25,3 ZnO 2,3 2,7 B₂O₃ 2 2,3 MnO 0,1 0,3 CaTiO₃ 0,5 9,7 а в заявляемом способе получения керамического материала преимущественно для высокочастотных конденсаторов, при котором получают измельченный керамический спек, включающий TiO₂, Nd₂O₃ и BaO, смешивают его с компонентом на основе бората цинка, получая шихту, вышеуказанный технический результат обеспечивается тем, что используют спек, дополнительно содержащий BaCO₃ и MnCO₃, производят его синтез при 1280 1320^oC в течение 4 6 часов, в качестве указанного компонента используют гидроборат цинка, полученную шихту прокаливают при 750 800^oC и измельчают до размера частиц не более 3 мкм, дополнительно используют второй спек CaTiO₃, смешивают его с гидроборатом цинка и полученную шихту прокаливают при температуре 750 800^oC и измельчают до размера частиц не более 3 мкм, после чего производят их смешивание в соотношении, определяемом зависимостью коэффициента диэлектрической проницаемости ТКЕ -(15X)10^-6 1/^oC, где X массовая доля CaTiO₃.

Другой особенностью способа является то, что гидроборат цинка получают из оксида или карбоната цинка и борной кислоты, производя синтез варкой оксида или карбоната цинка в воде при 80 100^oC с последующей сушкой при 100 - 150^oC до достижения сыпучего материала, при этом для варки используют композицию следующего состава, мас.

ZnCO₃ 27 23 H₃BO₃ 24 32
вода остальное
или
ZnO 21 27
H₃BO₃ 29 34
вода остальное
В данном случае повышение диэлектрической проницаемости и технологичности материала достигается в результате того, что получаемый при однократном высокотемпературном синтезе основной спек BaNd₂(1-X)Bi_2XTi₄O₁₂ обеспечивает сужение интервала разброса электропараметров в результате более полного протекания твердофазных реакций при синтезе в присутствии добавки оксида марганца, возможность регулировки ТКЕ при оформлении полуфабрикатов или порошка материала для конкретного применения. При этом MnO ускоряет синтез основной фазы и CaTiO₃, обеспечивающего возможность регулировки ТКЕ.

Возможность осуществления изобретения подтверждается нижеприведенными сведениями, относящимися к оптимальным составам материала, технологическому выполнению способа его получения и к результатам экспериментальной проверки.

Предлагаемый способ получения керамического материала осуществляется следующим образом.

Предварительно из взятых в требуемых количествах TiO₂, Bi₂O₃, Nd₂O₃, B₂O₃, MnCO₃ и BaCO₃ получают шихту спека BaNd₂(1-X)Bi_2XTi₄O₁₂, которую прокаливают при 1280 1350^oC в течение 4 6 часов. Затем полученный спек измельчают и смешивают с гидроборатом цинка, который готовят варкой в среде воды при 80 100^oC из борной кислоты и карбоната или оксида цинка, при этом требуемое количество CaTiO₃ также смешивают с гидроборатом цинка. Полученные смеси прокаливают при 750 800^oC и измельчают до размера частиц не более 3 мкм, после чего смешивают и получают формовочные полуфабрикаты или готовые порошки материала с заданным ТКЕ, где величину добавки CaTiO₃ с боратом цинка определяют по формуле ТКЕ -(15X), где X массовая доля CaTiO₃. Полученные из материала образцы или заготовки конденсаторов обжигают при 1080 1140^oC, а в качестве электродов используют сплав Ag-Pd в соотношении 70 -30% соответственно.

Конкретными примерами материала, иллюстрирующего изобретение, являются следующие оптимальные его составы, мас. (табл. 1).

Свойства материала и конденсаторов из него подтверждаются результатами испытаний, данные о которых приведены в табл. 2.

Как следует из табл. 2, предложенный материал и способ его получения в сравнении с прототипом позволяют повысить диэлектрическую проницаемость на 15 25% улучшить технологичность и снизить трудоемкость и технологические потери, а также обеспечить регулировку ТКЕ в заданных пределах непосредственно при приготовлении формовочных полуфабрикатов или порошка материала.

Оптимальность состава подтверждается тем, что при введении CaTiO₃ более максимального количества 9,7 мас. (выход за состав 1) ухудшается спекаемость, а при минимальном количестве 0,5 мас. (выход за состав 3) снижается и ухудшаются ТКЕ. Увеличение более 0,3 мас. (выход за состав 3) ухудшает электропараметры, а отклонение от оптимальных режимов приготовления бората цинка приводит к ухудшению гомогенности и свойств материала.

Применение материала и способа его получения в керамическом конденсаторостроении позволяет снизить себестоимость конденсаторов, повысить удельную емкость и управлять ТКЕ, что подтверждает достижение технического результата и возможность осуществления изобретения.

Формула изобретения

1. Керамический материал преимущественно для высокочастотных конденсаторов, включающий TiO₂, BaO, Bi₂O₃, Nd₂O₃, ZnO и B₂O₃, отличающийся тем, что он дополнительно содержит MnO и CaTiO₃ при следующем соотношении компонентов, мас.

TiO₂ 32,8 36,0
BaO 15,9 17,4
Bi₂O₃ 14,1 15,5
Nd₂O₃ 23,1 25,3
ZnO 2,3 2,7
B₂O₃ 2,0 2,3
MnO 0,1 0,3
CaTiO₃ 0,5 9,7
2. Способ получения керамического материала преимущественно для высокочастотных конденсаторов, при котором получают измельченный керамический спек, включающий TiO₂, Nd₂O₃ и BaO, смешивают его с компонентом на основе бората цинка, получая шихту, отличающийся тем, что используют спек, дополнительно содержащий BaCO₃ и MnCО₃, производят его синтез при 1280 1320^oС в течение 4 6 ч, в качестве указанного компонента используют гидроборат цинка, полученную шихту прокаливают при 750 800^oС и измельчают до размера частиц не более 3 мкм, дополнительно используют второй спек CaTiO₃, смешивают его с гидроборатом цинка и полученную шихту прокаливают при 750 800^oС и измельчают до размера частиц не более 3 мкм, после чего производят их смешивание в соотношении, определяемом зависимостью коэффициента диэлектрической проницаемости 15Х 10⁶, ^oС^-1, где Х - массовая доля CaTiO₃.

3. Способ получения материала по п.2, отличающийся тем, что гидроборат цинка получают из оксида или карбоната цинка и борной кислоты, производя синтез варкой оксидами карбоната цинка в воде при 80 100^oС с последующей сушкой при 100 150^oС до достижения сыпучего состояния, при этом для варки используют композицию следующего состава, мас.

ZnCO₃ 27 33
H₃BO₃ 24 32
Вода Остальное
или
ZnO 21 27
H₃BO₃ 29 34
Вода Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1